Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Hình 6: Các quá trình phân tách bằng màng.

Hình 6: Các quá trình phân tách bằng màng.

Tải bản đầy đủ - 0trang

khuẩn… trong khi đó những hợp chất có phân tử lượng thấp có

thể đi qua màng như axit hữu cơ, vơ cơ, muối, kiềm…

- Vi lọc MF là q trình lọc chỉ có thể loại bỏ được các

chất rắn lơ lửng, vi khuẩn cơn trùng, sinh khối…

Tuỳ theo mục đích sử dụng và yêu cầu vận hành mà

chọn loại màng cho thích hợp vì màng dễ bị tắc nghẽn và

giá thành cao.

Một phân tử chuyển qua màng có thể theo 2 cơ chế

mơ tả q trình màng dưới tác dụng của áp suất: cơ chế

mao quản và cơ chế hoà tan - khuếch tán.

3.2.1.2 Cơ chế hoà tan khuếch tán- Quá trình thẩm thấu ngược:

Thẩm thấu là sự di chuyển tự phát của dung mơi từ

một dung dịch lỗng vào một dung dịch đậm đặc qua màng

bán thấm. Ở tại một áp suất nhất định, sự cân bằng được

thiết lập thì áp suất đó gọi là áp suất thẩm thấu. Thẩm thấu

ngược là quá trình ngược lại với quá trình thẩm thấu nghĩa là

hướng chuyển động từ dung dịch đặc hơn sang dung dịch

lỗng hơn, động lực của q trình là sự chênh lệch áp suất

giữa 2 bề mặt màng do đó áp suất yêu cầu tạo ra phải cao

hơn áp suất thẩm thấu, áp suất thẩm thấu có thể thay đổi

theo nồng độ, nhiệt độ và chỉ phụ thuộc vào thuộc



tính của



dung dịch, áp suất thẩm thấu của nước được tính như sau:



Trong đó:

n: Số mol của dung dịch.

V: Thể tích mol của nước.

R: Hằng số khí.



T: nhiệt độ của nước.

Đối với các dung dịch có nồng độ cao, biểu thức này được

vant- Hoff nhân thêm hệ số thẩm thấu Ф:



Đối với các chất điện ly, hệ số thẩm thấu Ф nhỏ hơn 1

đơn vị và sẽ giảm khi tăng nồng độ. Điều này có nghĩa là

biểu thức trên được bảo tồn và giá trị dự tính theo cơng

thức này cao hơn áp suất thẩm thấu quan sát. Khi áp suất

làm việc cao hơn áp suất thẩm thấu ở phía dung dịch của

màng như hình 3.8.c. thì sẽ có dòng di chuyển ngược đó

chính là q trình thẩm thấu ngược, vì vậy có thể định nghĩa

q trình thẩm thấu ngược là quá trình lọc dung dịch qua

màng bán thấm dưới một áp



suất cao hơn áp suất thẩm



thấu.

Mơ hình tốn học của q tình thẩm thấu ngược

thường dùng là mơ hình hồ tan – khuếch tán: trong mơ hình

này người ta coi rằng trên bề mặt màng hình thành một lớp

khơng có lỗ xốp và đồng nhất. Mỗi phần tử cấu thành trong

dung dịch hoà tan bị nén ép trong màng và sau đó khuếch

tán qua màng. Sự khuếch tán của dòng nước và dòng chất

tan là khơng đồng nhất, nó phụ thuộc



vào bản chất của



chất tan và sự chuyển nước qua màng có tốc độ nhanh hơn

chất tan.

Dòng thấm qua F, đi qua một màng bán thấm có

chiều dày d được tính theo biểu thức sau:



Trong đó:

Dw: Hệ số khuếch tán.

Cw: Nồng độ của nước.

V: Thể tích mol của nước.

∆P: Áp suất dẫn động, (tạo động lực cho quá trình).

Biểu thức này cho thấy lượng nước nhận được trong một đơn

vị thời gian tỉ lệ nghịch với độ dày của màng. Đặt (hệ số thấm qua

của nước), khi đó ta có cơng thức:

F= Wp(∆P- π) (3)

Như vậy tốc độ thẩm thấu ngược tỉ lệ với áp suất hữu

hiệu (hiệu số giữa áp suất tác động lên chất lỏng và áp suất

thẩm thấu). Áp suất hữu hiệu cao hơn nhiều áp suất thẩm

thấu.

Đối với dòng dung dịch Fs, động lực của q trình

hồn tồn là do gradient nồng độ qua màng theo phương

trình Clack (1962) như sau:



Trong đó:

Ci’: Nồng độ cấu tử i trong màng



.



∆Ci’: Giá trị nồng độ đo qua màng.

Ds: Hệ số khuếch tán của dung dịch.

Viết biểu thức trên cho nồng độ C i của dung dịch ở hai

mặt của màng, hợp thành hệ số phân bố K d là hằng số đối

với các màng:



Trong đó:

Kp: Hệ số thấm qua. Các đại lượng W p và Kp đều đặc

trưng cho một loại màng cụ thể.

Quá trình phân tách mằng màng phụ thuộc vào áp

suất, điều kiện thuỷ động, kết cấu thiết bị, bản chất và nồng

độ của nước thải, hàm lượng tạp chất trong nước thải và

nhiệt độ của nước thải.... sự tăng nồng độ dung dịch dẫn

đến tăng áp suất thẩm thấu của dung môi, tăng độ nhớt

của dung dịch và tăng sự phân cực nồng độ, dấn đến giảm

độ thấm qua và độ chọn lọc.

3.2.1.3 Cơ chế chảy qua mao quản màng- quá trình siêu lọc UF

(Ultra Filtration) và vi lọc (Micro Filtration)

Theo thuyết này cho rằng: màng bán thấm cấu tạo

bởi nhiều ống mao quản, trên bề mặt màng và bên trong

ống mao quản hình thành một lớp chất lỏng liên kết hấp

phụ, do tác dụng của lực hoá lý, lớp nước bị hấp phụ này bị

mất đi một phần hoặc toàn bộ khả năng hồ tan và nó có

tác dụng như một hàng rào chắn khơng cho chất hồ tan đi

qua. Nếu màng chỉ gồm có các ống mao quản có đường kính

nhỏ hơn hoặc bằng hai lần chiều dày của lớp nước liên kết

thì dưới tác dụng của áp suất chỉ có nước sạch mới chuyển

qua màng được, khi đó độ lựa chọn là 100%. Nhưng trong

thực thế màng bao gồm những mao quản có đường kính rất

khác nhau cho nên nó vẫn có thể cho các ion các chất tan đi

qua. Chính vì vậy mà độ lựa chọn của nó phụ thuộc vào áp

suất.

Các quá trình phân tách này theo hai cơ chế là sàng



lọc hình 7a và cơ chế lọc sâu hình 7b.



a) Sàng lọc



b) Lộc sâu



Hình7: Cơ chế phân tách qua mao quản của màng.

Mơ hình này sử dụng thích hợp cho q trình siêu lọc

và vi lọc. Để tìm ra cơng thức tính tốn người ta giả thuyết

rằng: màng được cấu tạo bởi các mao quản



có đường kính



khá nhỏ, đồng nhất khơng khuyết tật hình trụ tròn vng

góc với bề mặt màng. khi đó theo Hagen –Poiseulle, dòng

dung mơi sẽ được tính theo cơng thức:



Trong đó:

∆X: Bề dày lớp màng.



N: Số mao quản trên một diện tích màng

R: Bán kính trung bình của mao quản

Ŋ: Độ nhớt động học của dung môi

e: Độ xốp của màng (e= N.π.r2: Lượng nước chứa trong

màng)

Biểu thức (6) áp dụng đúng với loại màng lý tưởng,

còn trong thực tế đường kính mao quản khác nhiều, có nhiều

khuyết tật, sự phân bố mật độ trên bề mặt màng khơng có

quy luật nó tuỳ thuộc vào điều kiện công nghệ chế tạo gia

công ...do đó người ta đưa vào phương trình (6) các hệ số

hiệu chỉnh cho mức độ khuyết tật của màng, và mức độ

phân bố khơng đều của màng thì sẽ sử dụng được đối với

màng thực tế.

Trong một số tài liệu nghiên cứu cho thấy: lọc qua

màng vi lọc không làm thay đổi thành phần của dung dịch,

màng chỉ bỏ được các chất lơ lửng, các chất



keo, vi khuẩn



do đó khơng có sự phân cực nồng độ như trong màng lọc

thẩm thấu ngược và nano, nhưng trong vi lọc lại xảy ra hiện

tượng lắng đọng trên bề mặt lọc



và các lổ rỗng gây ra tắc



nghẽn, bít kín màng phải thường xuyên loại trừ hiện tượng

trên bằng rửa ngược, vì vậy hai loại màng siêu lọc và vi lọc

thường dùng hỗ trợ cho màng thẩm thấu ngược RO và nano

do cơ chế loại bỏ của các màng này là sàn, rây nên chỉ có

thể loại bỏ được các thành phần có kích thước tương đối lớn

( như chất rắn lơ lửng, hạt keo, vi khuẩn, phospho, ngun

sinh động vật...). Chính vì những lý do này mà thực tế xử lý

nước, tuỳ theo mục đích xử lý và điều kiện áp dụng mà



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Hình 6: Các quá trình phân tách bằng màng.

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×